Refroidissement subrecul au nanokelvin. Mesure directe de la longueur de coherence spatiale. Nouveaux tests des statistiques de levy

• Auteur / Autrice : Bruno Saubamea
• Direction : Claude Cohen-Tannoudji
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Ce memoire de these presente une nouvelle methode de mesure de la temperature d'atomes ultra-froids a-partir de la fonction d'autocorrelation spatiale des paquets d'ondes atomiques. Nous determinons ainsi la temperature d'atomes d'helium 4 metastables refroidis par resonances noires selectives en vitesse, une methode qui refroidit les atomes en dessous de la temperature de recul liee a l'emission ou l'absorption d'un seul photon par un atome au repos. Un atome ainsi refroidi est prepare dans une superposition coherente de deux paquets d'ondes d'impulsions moyennes opposees, initialement superposes et qu'on laisse ensuite se separer. En mesurant la decroissance temporelle de leur recouvrement, nous avons acces a la transformee de fourier de la distribution d'impulsion des atomes. Nous pouvons ainsi mesurer des temperatures aussi basses que 5 nk, soit 800 fois plus petites que la temperature de recul. Par ailleurs nous etudions en detail la forme exacte de la distribution d'impulsions et comparons les resultats experimentaux avec deux approches theoriques differentes : une simulation monte carlo quantique et un modele analytique du refroidissement base sur les statistiques de levy. Nous comparons la forme de raie calculee avec les resultats des simulations puis confrontons separement chacune des approches theoriques aux donnees experimentales. Un tres bon accord est trouve entre tous ces resultats. Nous demontrons ainsi la validite du modele statistique du refroidissement subrecul et, pour la premiere fois, mettons en evidence experimentalement certaines de ces caracteristiques, comme l'absence d'etat stationnaire, l'autosimilarite et le caractere non lorentzien de la distribution d'impulsion des atomes refroidis, tous ces aspects etant en relation directe avec le caractere non ergodique du refroidissement subrecul.